來源：狂丸科學（ID：kuangwanplay）
你有沒有想過，在我們熟悉的三維空間之外，是否真的存在維度更多的空間？
如果真有其他維度存在，它們能幫助我們做什麼，能抄近路去遙遠的天體嗎？其實有些很吸引人的理論，認為更高維度的空間是有可能存在的。
今天我們就通過《一想到還有95%的問題留給人類，我就放心了》這本書，聊聊多維空間這件事。
什麼是維度？
要討論這個問題，我們要先明確地定義維度。
很多科幻小說、電影中的維度通常指平行宇宙，那裡與我們的世界相隔絕，有自己獨立的運行規則，但科學家們說的維度可不是這個意思。
在物理學和數學領域，維度指的是運動的方向，想要了解這個概念並不難，首先你需要在紙上畫一條直線，那麼沿著這條線進行的運動就叫作一維運動。
如果生物生活在一維世界中會很枯燥，因為它們的生活只有前進和後退兩個選項，像串起來的糖葫蘆，永遠無法擺脫同一位鄰居。
說完了「一維」，接下來請再畫一條直線，與之前一維的那條直線垂直。那麼在這樣兩條直線決定的平面上的運動，就是二維運動。
現在，我們已經描述了一維世界（線）和二維世界(平面）。
要獲得第三個維度，你只需要再畫一條與前兩條直線分別垂直的直線。第三條直線延伸的方向，就是平面的上方和下方，如下圖中的3。
這就是維度的含義：每個維度都代表一個獨立的運動方向，獨立的意思是，你在某一個方向上的運動與其他方向上的運動無關。
三個以上的維度可能存在嗎？
前面提到的三個維度，涵蓋了我們熟悉的所有運動方向：上下、左右和前後。
在三維世界裡找不到和這三個方向都垂直的第四個方向。這樣看來，我們的世界就是三維的。那麼我們的世界有可能存在三個以上的維度嗎？
其實至今物理學家都無法解釋這一問題，你可能會想，如果這個世界真的存在其他維度，那你一定能感受的到。但恕狂丸直言，這個想法你的大腦可能不同意。
人腦是以三維的模式感知世界的，這有利於我們生存，但並不表示我們可以感知這個世界的一切，比如你對光線很敏感，但你感覺不到也注意不到那些圍繞著你的暗物質。
被暗物質包圍著的地球想像圖
圖片來自維基百科
舉個例子，如果你是個生活在二維平面中的二維物理學家，你像書上的字一樣被困在紙上，那麼你的感知也會受到二維平面的局限，你看不到平面以外的東西。
因此，你意識不到你所生活的扁平世界飄浮在一個三維世界裡。同樣，我們生活的這個三維世界也可能飄浮在一個更高維的空間裡。
說不定四維、六維空間裡的物理學家一直都在觀察我們，嘲笑我們的狹隘，就像我們嘲笑那些被圈住的螞蟻一樣。
那麼話說回來，我們的世界有可能存在三個以上的維度嗎？答案只能說是：我們感知不到的維度是有可能存在的，那是我們完全不熟悉的維度。
如何理解思維空間？
儘管如此我們還是可以設想一下，如果在三維空間的基礎上添加一個維度，那麼在這個新維度上，運動會是什麼樣子？
當然，我們很難想像三維之外的運動。這時候為了便於理解，我們需要先降低一個維度再思考。
假設我們實際上是二維人，然後我們突然發現自己可以在三維世界中移動。
其實就算你是三維世界中的二維人，你的二維身體仍舊只能在三維世界的二維「切片」中，思考和感知一切。
通常情況下，這就是你的極限了。不過，如果你忽然獲得了在第三個維度中活動的能力，你就可以出現在三維世界的不同切片中。
你的二維感知系統和二維世界觀意識不到第三維中的運動，但是如果不同切片中的事物看起來不同，你會發現自己所處的二維切片變化了。
如果你可以打破原有的二維空間概念，發展出三維空間概念，那麼你可以把所有這些二維切片的景象拼接成一個更大的三維世界。
現在，我們用這個方法推斷四維空間的情況。如果世界確實有第四維，而你忽然可以在該維度上運動了，那你就能觀察世界是如何沿著第四個維度變化的。
在沿著第四維運動時，你會發現周圍的三維世界在發生變化。如果你擁有過人的智力和想像力，你就可以將所有的信息在腦內整合成一個四維模型。
從某種意義上說，你已經在做這件事了。如果你認為時間是第四維的運動方向，那就更是如此了。
你身邊的三維世界會隨著時間的推移而變化，你可以在頭腦內將不同時刻三維空間的定格圖像縫合在一起，形成一個四維世界。
維度更多的空間在哪裡？
如果除了時間以外真的有第四維,那為什麼從來沒有人看到過它？
首先可以肯定地說，不存在和其他三個空間維度相似的第四個維度。其他維度即使存在，也是以某種隱秘的、難以捉摸的方式存在。
科學家們認為有這樣的可能：我們已知的所有力和物質粒子都無法進入這些維度。
或者只有某些特定的粒子可以進入更高的維度，這些粒子比其他粒子更稀有、更難研究，也更難被發現。最重要的是，更高的維度也可能因為自身的特點而不易被發現。比如這些維度可能是彎曲的，可以構成小的圓圈或環。
假如這些維度非常小而且是環狀的，只有少數特定的粒子可以進入。在三維空間中的我們看來，物體在這些小的環形維度中的運動所引起的變化並不大，這樣看來，那為什麼從來沒有人看到過它似乎也得到了解釋。
雖然我們仍無法確定更高的維度是否存在，我們是否生活在有三個以上空間維度的宇宙中，但從物理學上講，宇宙是可能存在高維空間的，而且最令人興奮的是，我們有可能發現它們。
在多維空間裡放屁自己聞不到臭味？
物理學家之所以認為更高的維度可能存在，一個重要原因是，它們的存在有助於揭開另一些宇宙之謎。
我們都知道，在四種基本作用力中，弱核力、強核力和電磁力之間也有一些強弱差異，但是在引力面前，它們都是肌肉發達的超級英雄。
物理學家真的不想看到這種不一致性。而更多的維度或許可以解釋，為什麼引力比其他作用力弱得多。
大多數作用力隨著距離的增加會變弱，變弱的速度取決於空間維數的多少。空間的維度越多，被稀釋到其他維度的力也就越多。
打個比方，如果有人在派對上放了個屁，那麼離放屁的人越近，你聞到的臭味就越濃。而在遠離罪魁禍首的地方，臭氣分子會散布到空氣中並被稀釋。
換一種情況，如果這個人在狹長的走廊裡放屁，那麼走廊裡的每個人都會聞到很濃的臭味。
但如果此人站在幾條走廊的交叉處放屁，那麼臭味會沿著不同的方向擴散，各個走廊裡的人聞到的臭味會少一些。臭氣的稀釋速度取決於新鮮空氣補充的速度，走廊越多，新鮮空氣就越多，稀釋的速度也就越快。
那引力是否真的像走廊裡放的屁一樣，被稀釋了呢？現在我們還不敢肯定。更多維度存在的可能及其對引力的削弱作用，目前還停留在理論層面。但令人驚訝的是，我們其實有辦法尋找其他維度。
尋找新的維度？
粒子對撞機其實可以幫助人們檢測到其他維度。
如果一個微小的粒子不僅僅出現在我們熟悉的三維空間中，它也可能同時在其他維度中運動，如果它在其他維度中運動，就意味著它在那些維度中是有動量的，也就是說它有額外的能量。
根據愛因斯坦的理論，質量和能量緊密相關。你會發現，這個粒子比那些沒有在其他維度運動的粒子更重。
這就是我們利用粒子對撞機探測其他維度的方法，如果能找到一組符合規則的粒子，我們就可以證明更多維空間的存在。
不過，到目前為止，對撞機還沒有發現任何黑洞以及任何在其他維度中運動的粒子。換句話說，現在，我們還是不知道宇宙空間究竟是幾維的。
也許，還有這樣一種可能：宇宙中的不同區域具有不同的維度，我們這一小塊空間是三維的，但宇宙的其他地方存在更多維度的空間。
不過，至少有一點是很清楚的：宇宙還有很多秘密有待我們去發現。
文章轉自 狂丸科學 微信公眾號
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